• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.401-405
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• 2016

중소하천에 기능을 상실한 하천 횡단 수리구조물이 많이 설치되어 있으며, 수리구조물 상류와 하류에 흐름 및 유사의 이송에 대한 연속성을 차단하고, 하천 교란의 원인이 되고 있다. 또한 사회적으로 수리구조물의 기능을 개선하거나 철거하여 하천복원의 필요성이 제기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 실내실험을 통해 하천횡단 수리구조물에 의하여 형성된 상류의 지형이 하류에 미치는 영향을 분석하였다. 흐름이 하천횡단 수리구조물을 월류하면서 직하류에 세굴이 발생하고, 상류에서 델타를 형성하면서 퇴적되었다. 상류에서는 사주가 형성되었으며, 하류의 지형변화에 영향을 주었다. 하천횡단 수리구조물의 상류에 형성된 델타는 하류로 일정하게 이동하고 있으며, 델타가 구조물에 도달하기 바로 직전에서 수리구조물하류의 세굴이 가장 깊게 나타났다. 수리구조물 철거 후, 상류에 퇴적된 토사는 흐름에 의하여 급격하게 하류로 유실되었다. 천급점은 상류로 이동하며, 두부침식을 일으켰다. 일정한 시간이 지난 후에 상류에서 유입되는 유사에 의하여 침식은 감소되었다. 시간이 지나면서 하류에서 교호사주의 형상을 유지하며, 평형상태를 유지하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.86-86
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• 2020

수리구조물에 관한 기존 연구들은 대부분 기능성과 안정성 측면에서 본체에 작용하는 유체력에 대한 안정성에 주안점을 두고 있다. 수리구조물 상·하류의 수위차에 기인한 기초지반내의 흐름 및 간극수압 변화는 하천 구조물의 안정성을 연구하는데 매우 중요하다. 해양에서는 파랑하중에 의한 과잉간극수압이 액상화를 발생시켜 해안구조물의 안정에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되며, 이에 관련 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 반면, 하천구조물 주변 지반의 흐름 및 간극수압 뿐 아니라, 액상화에 관한 연구는 아직 미진한 실정이다. 본 연구에서는 수리구조물 주변의 유동 및 와동 현상 뿐 아니라, 수위차에 따른 지반 내부 유동장과 간극수압에 관한 특성을 분석하기 위해 유체-구조물-지반 비선형 상호작용을 고려할 수 있는 수치수조를 새롭게 제안하였다. 그리고 제안하는 수치수조의 타당성 및 유효성을 검증하기 위해 기존 실험값과 비교·검토를 수행하였고, 그 결과는 거의 유사한 경향을 나타내었다. 또한 이 수치수조에 다양한 입사조건(상·하류 수위차)에 적용하여 유체-구조물-지반의 비선형동적상호간섭 해석을 수행하였다. 최종적으로 수치수조에서 측정한 구조물 주변의 유동, 와동, 수위로부터 수리특성을 논의하였다. 게다가 지반내의 흐름과 간극수압을 측정하여 상·하류 수위차가 수리구조물의 안정성에 미치는 영향을 분석할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1179-1183
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• 2007

관망 내에서 흐름의 연속 방정식과 운동량 방정식을 상 미분으로 전개하여 해석한 특성선 방법은 주로 가압 관망체계(Pressurized Pipeline System)에서의 부정류 해석(Unsteady Analysis)에 사용 된다. 그러나 이특성선 방법은 천이류 해석을 위한 관망 재구성 과정에서 Courant수 조건의 만족을 위한 관의 재배열에 천문학적인 계산용량과 시간이 필요하다는 단점이 있다. 이는 현장 적용 시 압력파 전파속도의 불확실성과 연계되어 상당한 장해요소가 되고 있다. 이에 대안적인 방법으로서 임펄스응답법이 개발되었다. 이는 경계지점에서 복소수 유량에 대한 복소수 수두의 비율로써 정의된 관망에서의 수리임피던스를 역퓨리에 변환에 적용하여, 주파수 영역의 수치를 시간 영역으로 변환하여 응답함수를 산출한 후, 산출된 응답함수와 구해진 경계지점에서의 유량과의 적분을 통하여 임의의 지점에서의 수두 및 유량을 계산하는 방법이다. 임펄스 응답법은 관 부속물관의 특성을 기술하는 수학적 표현의 난해함으로 인해 지금까지는 단일관에 대한 연구에만 국한되어 왔다. 본 연구에서는 임펄스응답법을 수리구조물이 부착된 관망에 적용하여 다양한 조건에서 천이류 분석을 시행하였다. 즉, 에어챔버 및 서지탱크와 같은 수리구조물을 각각에 대한 수리임피던스를 구하고, 가지관 및 통합 관성항으로 취급하여 수리구조물을 처리하였다. 그리고 이러한 결과를 특성선방법과 비교하여 그 적절성을 검증하였는데, 특성선 방법에 의한 모의 결과와 비교하였을 때, 일치하는 결과를 나타내었다. 임펄스응답법에 의한 모의 결과에서 감쇄효과를 과대평가하는 경향이 관찰되었다. 이는 임펄스 응답법의 가정에 기인한 것으로써 난류 상태의 흐름에서 상당한 불일치를 가져올 수 있으나, 수리 구조물에 의한 수격압이 감쇄되는 과정에서 대부분 흐름이 층류 상태로 전환된다고 가정 할 때는 상당한 적용성이 있다. 본 연구는 수리구조물이 부착된 관망의 해석함에 있어서 임펄스응답법의 적용이 가능함을 보였고, 이는 보다 복잡한 관망에서의 천이류 해석이 가능함을 시사한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.178-178
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• 2022

일반적으로 하천은 상류에서 하류로 흐르지만, 하구에서 일어나는 해안으로부터의 염수의 역류 혹은 상류에서 홍수 발생 시 순간적으로 나타나는 역류 등 주 흐름을 거스르는 흐름이 종종 발생하는데 이는 예상치 못한 피해를 가져올 수 있으므로 최대한 방지해야 한다. 즉, 양방향 흐름이 일어나는 지역을 단방향 흐름으로 바꿔줄 수 있는 수리 구조물의 설치가 필요하다. 역방향 흐름을 제어하는 대표적인 예로는 보가 있는데, 보는 충분한 수위 확보뿐만 아니라 하구에서 역류하는 해수를 방지하는 역할도 한다. 다만, 상류와 하류를 수직적으로 분리함에 따라 물고기의 자유로운 이동을 제한하는 등 생태계를 단절시키는 부작용이 나타날 뿐만 아니라, 최근 정부의 정책에 따라 세종보, 죽산보 등의 보 해체 결정이 이루어지면서 이를 대체할 방안이 필요하다. 따라서 이번 연구에서는 수직적인 구조물이 아닌 수평적인 수리 구조물을 고안함으로써 생태계에 큰 영향을 주지 않으면서 가장 효과적으로 양방향 흐름을 제어할 수 있는 구조물 설계 모형을 탐구해보았다. 구조물 설계 아이디어는 심장의 판막에서 고안하였다. 판막은 특정한 방향성을 갖는 구조로 이루어져 있으면서 혈액의 역류를 방지하는 기관으로, 비슷한 방식으로 하천에도 특정 각도를 갖는 구조물의 설치를 통해 단방향 흐름을 유도할 수 있다고 판단하였다. 실제 하천 규모에서의 실험은 불가능하다고 판단, 전산 유체 프로그램 OpenFOAM을 이용하여 가상 수로의 모델링을 진행하였다. 얇은 판 형태의 흐름 제어 구조물을 수로 측면에 각각 설치 후, 같은 조건에서 정방향 흐름과 역방향 흐름에 대해 각각 시뮬레이션을 진행하였다. 이때, 두 흐름의 하류 유량 크기의 차이를 단방향 흐름을 정량화하는 수치로 산정한다. 시뮬레이션은 구조물과 흐름 방향이 이루는 각도, 구조물의 개수 및 간격, 구조물의 비대칭성 등 여러 가지 조건을 바꿔가면서 진행하고, 유속 분포 및 후류의 크기 등의 수리학적 현상을 파악하여 계산 결과를 분석한다. 분석 결과를 바탕으로 하류의 유량 차이가 가장 크게 나타나는 수리 구조물의 조건을 결정하고, 해당 구조물의 실제 적용 가능 여부를 판단한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.714-718
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• 2010

하천에 설치되는 하도 내 구조물이 하천 흐름에 미치는 영향은 매우 크다고 할 수 있다. 특히 최근 한국의 4대강 살리기 사업과 관련하여 하도 준설과 동시에 하도 전체를 횡단하는 구조물이 설치되는 경우에는 하천의 수리학적 흐름특성은 더욱 크게 변화하고, 그 영향 또한 매우 광범위하게 미치게 된다. 이에 본 연구에서는 낙동강 수계에 설치 계획된 하천 횡단 구조물 1 개소를 연구 대상구간으로 선정하여 구조물 설치에 따른 수리학적 흐름 특성 변화를 분석하고자 한다. 본 연구에서는 대상 하천인 낙동강의 기 수립계획 및 관련 문헌 자료를 조사하고 금회 과업대상구간에 대해 현재 하도의 상태와 하도정비 및 보 설치계획에 따른 변화된 하도를 구분하였으며, 구분된 하도 상황에 따라 수치모형을 적용하여 결과를 분석 하였다. 하도 내 유속 및 수위 등의 기본적인 수리량은 1차원 모형의 적용으로 산정하였으며, 기 수립계획과의 비교를 통해 모형의 검증을 수행하였다. 또한, 1차원 모형이 갖는 한계 보완 및 국부적인 수리 특성 분석을 위해 2차원 동수역학 모형의 모의를 수행하였다. 이때 유량 및 기점수위 등의 경계조건은 1 2차원 모형에서 동일하게 설정하여 수치모의를 수행하였으며, 횡단 구조물 설치에 따른 주요지점의 하도 수리학적 흐름 영향 분석을 수행하였다. 각각의 수치모형의 적용 결과, 횡단 구조물 설치에 따른 하도 준설 등의 계획이 실행되면 유속 및 수위는 감소하는 것으로 분석되었으며, 유황은 하도의 중앙부에 집중되는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 유수의 원활한 소통을 가능케 하고, 치수 안정성 확보에 순기능을 할 것으로 판단된다. 또한, 다기능 보 즉, 하도 횡단 구조물의 설치로 인한 하도 흐름 영향 검토 결과는 고정보 부근의 흐름에서는 설치 전과 비교하여 상대적인 유속의 감소가 될 것으로 분석되었으며, 퇴적 지향적인 하도로의 변화가 예상되었다. 이와는 반대로 가 동보 부근의 흐름에서는 유속이 증가하는 것으로 분석됨에 따라 하도 본래가 갖는 안정성 확보 및 구조물의 유지관리를 위한 세심한 주의가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 향후 현장 모니터링과 실내 모형실험 등의 계속된 연구 수행을 통한 자료의 축적 및 분석으로 하도 내 횡단 구조물 설치가 하도에 미치는 영향이 최소화 될 수 있는 지표가 산정될 수 있는 초석이 될 것으로 기대한다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2003년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.275-278
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• 2003

지하터널과 같은 대규모 지하구조물 건설시 구조물의 안정성을 확보하고 시공성 등의 실시 설계를 위해서는 그 지역의 수리적 매개변수를 파악하는 것이 필수적이다. 부산광역시 북서부에 위치한 금정산 화강암지역의 수리상수를 산출하기 위하여 야외시험과 실내시험을 수행하였으며, 각각의 결과를 서로 비교 분석하였다. 야외에서는 6개의 시추공에서 수압시험을 수행하여 심도 구간별 수리전도도를 구하였고, 실내시험에서는 시추코아를 이용하여 절리투수시험을 실시하여 수리전도를 산출하였다. 수압시험에 의해 산정된 수리전도도는 2.28E-10 m/sec∼1.49E-06 m/sec 이며, 절리투수시험에 의해 산정된 수리전도도는 1.16E-11 m/sec∼3.26E-05 m/sec이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1818-1822
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• 2008

여수로와 같은 3차원 수리구조물을 설계하고 수리현상을 조사하거나, 형상 및 안정성을 파악하기 위해서는 일반적으로 수리모형실험을 통하여 실제 현상을 모의하는 경우가 많다. 그러나 수리모형실험을 하기 위해서는 많은 시간과 비용 및 공간이 필요하며 실제 수리구조물을 축소시켜 측정하는 것은 대단히 어렵고 표면장력 등이 실험결과에도 상당한 영향을 미칠 수 있으며 다양한 경우의 실험은 현실적으로 불가능하다. 따라서, 수치해석을 통하여 적정한 초기결과를 도출할 필요성이 있으며, 이를 통하여 수리모형실험의 대상을 결정하고 결과를 비교한다면 경제적이고 합리적인 수리구조물의 설계와 평가가 가능하다. 본 연구에서는 최적의 여수로를 설계하기 위하여 월류형 여수로를 대상으로 수치해석을 수행하였고, 수리모형실험에 대한 실험적인 접근을 통하여 수리적 조건을 향상시킬 수 있는 보다 나은 설계안을 제시하였다. 이러한 수리모형실험 계측결과를 통하여 개선된 수리구조물 설계안을 제안하였고, 개선된 설계안에 대한 개선효과를 조사하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.317-317
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• 2015

강이나 하천에 이수 및 치수의 목적으로 소규모 댐이나 보 등의 수리구조물을 설치한다. 수리구조물의 상하류부에는 하천 하상의 극심한 침식인 국부세굴현상을 방지하여 수리구조물의 안정성을 확보하기 위해 하상보호구조물을 설치하는데, 특히 하류부에 설치하는 하상보호구조물에는 크게, 다양한 형식과 크기의 물받이공, 에너지 감세공, 그리고 끝턱구조물 등이 이에 속한다. 지금까지 국내 외 수리구조물 설계지침에서는 하상보호공의 적절한 길이규모를 산정하기 위한 다양한 공식이 개발 및 적용되었지만, 최근 들어 다양한 목적을 위해 복잡해진 수리구조물의 형식과 다양한 운영방식에 따른 수리학적 분석내용이 적절하게 반영되지 않은 경험공식이 대부분 적용되었다. 따라서 예상보다 매우 큰 하상유실이 발생 하여, 하상보호구조물의 설치역할을 제대로 수행하지 못하고 오히려 수리구조물의 안정성에 위협을 주는 주요한 요인이 되었다. 그리고 최근 국내에는 4 대강 유역에 16개 중 대규모의 다목적 보가 설치되었으나 앞서 언급한 바와 같이 미흡한 설계지침을 기반으로 설치된 보 및 하상보호구조물의 기능이 저하되어 극심한 세굴현상이 발생하였다. 또한 이를 보강하기 위한 추가적인 공사 등으로 경제적인 손실을 야기하였다. 반면 외국의 최근 설계지침에는 하상보호구조물 하류부에서 발생하는 평형최대세굴심의 규모를 고려하거나 흐름 및 난류분포를 고려한 수리학적 분석이 반영되어 있지만 국내 설계지침에는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 국내 설계지침의 한계를 조사하고 현재 외국에서 적절하게 제안되어 적용 중인 하상보호구조물 설계지침을 검토하였다. 특히 수리학적 거동특성과 유사분포 특성이 고려된 최대세굴심 산정공식과 설계지침을 검토하였고, 평형상태에 도달한 세굴공 내에서의 수리학적 특성을 고려하여 하상보호구조물의 길이를 적절히 산정할 수 있는 기존 연구결과를 토대로, 하상보호구조물 길이 산정공식을 제안하였다. 본 연구에서 검토된 외국 설계지침과 함께 수리학적 거동특성이 고려된 하상보호구조물의 길이 산정공식은, 향후 수리구조물의 안정성 확보를 위한 하상보호구조물의 설계에 반영될 필요가 있으며, 이를 통해 수리구조물의 효율적이고 경제적인 유지관리를 위해 적절히 활용될 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권8호
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• pp.675-689
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• 2005

본 연구에서는 본류와 지류가 만나는 합류구간을 지닌 자연형 사행하천을 대상으로 수리모형실험을 통해 유량변화와 하도내 수리구조물 변화에 따른 하천내 배수효과를 분석하고, 합류부의 수리특성 변화를 분석하였다. 또한 본 연구에서는 수리모형실험결과를 적용하기 위하여 모형이론을 제시하고, 제시된 모형이론을 토대로 모형을 제작, 설치하고 50년, 200년빈도의 홍수량에 대하여 구조물제거 효과를 분석하였다. 수리모형은 남한강과 평창강 합류부를 대상구간으로 선정하여 수평방향으로는 1/200, 수심방향으로는 1/66.7의 축척으로 왜곡도 3으로 제작하였으며 조도검증을 통해 모형실험결과가 원형에 적용되도록 하였다. 실험은 하도내에 설치된 취수댐과 소수력댐에 대한 제거효과를 수위변화 및 유속변화 등 수리학적 특성변화를 중심으로 분석하였다. 실험결과 취수댐 상류 합류부에서의 수심저감효과는 취수댐 제거시 약 $12\%$, 소수력댐 제거시 약 $5\%$, 취수댐 소수력댐 모두 제거 시 약 $18\%$로 2개의 수리구조물을 모두 제거할 경우 합류부 유황개선에 큰 도움이 될 것으로 예상된다. 또한 합류부에는 본류와 지류가 만나는 측면을 따라 유속이 0보다 작은 정체구간이 형성되며, 구조물 제거에 따라 유속이 증가하면서 정체구간은 다소 감소된다. 본 연구결과는 하천망 해석 뿐만 아니라 합류점 주변의 유지관리나 정비, 구조물 설치 시 기초 자료로 크게 활용 될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1017-1021
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• 2006

인공순환수로에 정육면체 수리구조물을 구간별로 설치하여 흐름특성에 따른 깔따구의 서식경향을 조사하였다. 정밀한 흐름특성을 분석하기 위하여 난류계산을 수행하였으며, 인공순환수로에 깔따구를 투입하고 3일경과 후 깔따구의 개체수를 조사하였다. 인공순환수로는 단면 폭 29cm, 높이 30cm인 구조로 제작되었으며 직선구간의 길이는 120cm이다. 인공순환수로의 직선구간에 길이 10cm의 정육면체 수리구조물을 20cm 간격으로 양쪽 벽면부에 4개씩 균일하게 설치하였다. 자연하천에서 채집된 원수를 수심 20cm가 되도록 투입한 후 유기물을 하상에 고르게 깔고, 회전날개를 이용하여 평균유속 10cm/s로 안정화 시킨 후 깔따구 투입하였다. 실험시작 3일 경과 후, 깔따구의 서식경향을 조사한 결과 깔따구는 수리구조물 직하류부에 주로 서식하였다. 이는 주 흐름방향 유속분포가 수리구조물 후방에서 급격히 작아져 깔따구들이 정착하기 좋은 환경을 제공하기 때문인 것으로 판단된다. 또한 인공순환수로 직선구간의 안쪽 벽면과 바깥쪽 벽면의 깔따구 개체수는 안쪽 벽면이 바깥쪽 벽면에 비하여 2배 정도 많다. 이는 수리구조물 사이 안쪽 벽면 하상의 시계방향 회전흐름 때문으로 분석되며 상대적으로 이러한 흐름은 바깥쪽 벽면에서 작다. 실험 및 수치해석 결과, 깔따구는 상대적으로 유속이 작은 곳에 서식하며, 이차류의 경향에 따라 서식처를 이동하는 것으로 분석되었다. 향후 생태적 기능을 고려하여 다양한 수리학적 조건 하에서 난류계산 및 유속측정을 통한 연구가 필요하다. 이와 같은 연구는 친환경적으로 하천을 복원시키는데 유용한 자료를 제공할 수 있을 것으로 생각된다.은 silt나 clay보다 입경이 큰 모래나 자갈을 경유 하면서 오염물의 저감효과가 감소한 것으로 판단된다. 그러나 유입유량의 대부분이 표면으로 유출된다는 점을 고려할 때 표면유출수의 오염도를 낮추는 것이 유입오염물 저감효과에 보다 큰 효과가 있을 것으로 판단된다.문에 자료의 이상적 유지 관리가 이루어지며 복잡한 2차원 수질해석 모형을 수월하게 운영할 수 있는 시스템으로 개발하였다.제외하면, 부자측정 방법에 의한 유량산정시 가장 큰 오차원인은 홍수시 측정된 유속측선의 위치와 홍수 전후로 측정된 횡단면상의 위치가 일치하지 않는 점과, 대부분 두 측정 구간의 평균값을 대푯값으로 사용한다는 점이다. 본 연구는 다년간의 유량 측정 및 검증 경험과 자료를 토대로 현장에서 부자를 이용하여 측정된 측정성과를 정확도 높은 유량자료로 산정하는데 있어서의 문제점을 도출하고, 이로 인해 발생하는 오차를 추정하여 그 개선방안을 제시해 보고자한다. 더불어 보다 정확한 유량 산정을 위한 기준과 범주를 제시하고자 한다.리적 특성을 잘 반영하며, 도시지역의 복잡한 배수시스템 해석모형과 지표범람 모형을 통합한 모형 개발로 인해 더욱 정교한 도시지역에서의 홍수 범람 해석을 실시할 수 있을 것으로 판단된다. 본 모형의 개발로 침수상황의 시간별 진행과정을 분석함으로써 도시홍수에 대한 침수위험 지점 파악 및 주민대피지도 구축 등에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 있을 것으로 판단되었다.4일간의 기상변화가 자발성 기흉 발생에 영향을 미친다고 추론할 수 있었다. 향후 본 연구에서 추론된 기상변화와 기흉 발생과의 인과관계를 확인하고 좀 더 구체화하기 위한 연구가 필요할 것이다.게